人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖福娟 初曉藝 李煒

摘? 要：針對(duì)身體健康的監(jiān)測(cè)，心率和體溫是非常重要的兩個(gè)指標(biāo)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)提前預(yù)知人體的健康狀況，能大大降低人們發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)。該文設(shè)計(jì)了一款以STM32F103C8T6為核心，以MAX30102為心率檢測(cè)模塊，以DS18B20為溫度檢測(cè)模塊的人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括心率和溫度的數(shù)據(jù)檢測(cè)、OLED顯示屏和手機(jī)上的顯示、閾值上下限設(shè)置等功能。最終經(jīng)過實(shí)物測(cè)試，該系統(tǒng)適用性強(qiáng)、可靠性高，具有極大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：人體健康? 狀態(tài)監(jiān)測(cè)? 心率? 體溫

中圖分類號(hào)：TH77;TP274? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（b）-0033-03

Abstract： For the monitoring of physical health， heart rate and body temperature are two very important indicators. The health of the human body can be predicted in advance based on the monitored data， which can greatly reduce the risk of people getting sick. This article designs a human health monitoring system with STM32F103C8T6 as the core， MAX30102 as the heart rate detection module， and DS18B20 as the temperature detection module， including heart rate and temperature data detection， OLED display and mobile phone display， threshold value Functions such as lower limit setting. Finally， after physical testing， the system has strong applicability， high reliability， and great promotion value.

Key Words： Human health; Condition monitoring; Heart rate; Body temperature

老齡化的加快以及很多慢性病的愈來(lái)愈年輕化，導(dǎo)致人們的身體普遍處于一種亞健康狀態(tài)，對(duì)人體健康的監(jiān)測(cè)成為亟待解決的問題。一般而言，人體健康參數(shù)有心率、血壓、血氧飽和度等，不同生理信號(hào)可以反映出身體不同方面的變化[1-2]。其中，心率和體溫更是非常重要的兩個(gè)身體健康指標(biāo)[3]。

該文設(shè)計(jì)了一款新型人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心，可以采集實(shí)時(shí)的心率和體溫這兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。同時(shí)為了防止人們不清楚是否設(shè)備檢測(cè)到自己的心率信息，當(dāng)檢測(cè)到心率數(shù)據(jù)時(shí)，在手機(jī)和顯示屏上會(huì)有相關(guān)文字的通知;當(dāng)心率和溫度超過或低于一定安全范圍時(shí)，會(huì)有緊急報(bào)警功能。此外，該系統(tǒng)可以通過手機(jī)進(jìn)行心率和體溫?cái)?shù)據(jù)的查看。

1? 方案設(shè)計(jì)與器件選型

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)通過使用心率和溫度傳感器來(lái)測(cè)量人們的心率和體溫信息，這些信息可以顯示在顯示屏上，也可以通過手機(jī)App查看。當(dāng)上述信息超過或低于設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)生報(bào)警。系統(tǒng)整體的組成框圖見圖1。

1.2 關(guān)鍵器件選型

1.2.1 控制器選型

在該系統(tǒng)中，選擇了stm32系列單片機(jī)stm32f103c8t6作為控制器。其是ST公司基于ARM內(nèi)核設(shè)計(jì)的微控制器，專為高性能、低功耗、低成本，性能優(yōu)越[4-5]。

1.2.2 心率監(jiān)測(cè)器件選型

該系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)心率信息，選擇了高性價(jià)比、低功耗的MAX30102芯片。其工作溫度-40 ℃+85 ℃，微細(xì)5.6 mm×3.3 mm×1.55 mm的14引腳封裝，主要用在可穿戴設(shè)備以及健美輔助設(shè)備[6]。

1.2.3 溫度監(jiān)測(cè)器件選型

該系統(tǒng)選用了DS18B20，其是常用的數(shù)字溫度傳感器，模塊體積小，其測(cè)溫范圍在-55 ℃～+125 ℃，其輸出的是數(shù)字信號(hào)，具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)[7]。

1.2.4 數(shù)據(jù)通信器件選型

該文選擇了Wi-Fi通信的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)終端和手機(jī)的信號(hào)傳輸。Wi-Fi通信最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11 Mbps;在覆蓋范圍方面，Wi-Fi的有效距離可達(dá)約100 m，隨著Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展，覆蓋范圍也正在不斷增加[8]。選用的ESP8266模塊是樂鑫公司研發(fā)設(shè)計(jì)的一款物聯(lián)網(wǎng)專用芯片，是面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高性價(jià)比、高度集成的Wi-Fi MCU[9]。

2? 硬件設(shè)計(jì)

2.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì)

該文選用的是0.96寸OLED液晶屏模塊，分辨率為128×64。顯示電路見圖2（a）。

2.2 心率監(jiān)測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

MAX30102的SCL和SDA引腳分別與單片機(jī)的PB3和PB4相連，見圖2（b）。

2.3 溫度監(jiān)測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

DS18B20溫度采集模塊共有3個(gè)引腳，分別為VCC、DQ、GND，其中DQ是數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，與單片機(jī)系統(tǒng)的PB14相連，見圖2（c）。

2.4 通信模塊電路設(shè)計(jì)

ESP8266-01S模塊中，VCC為供電引腳，與單片機(jī)系統(tǒng)的3.3V端口相連，TX和RX引腳分別與單片機(jī)的PB11和PB10相連、GND接地，見圖2（d）。

3? 程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要完成設(shè)備數(shù)據(jù)檢測(cè)、手機(jī)查看數(shù)據(jù)、OLED顯示、按鍵部分的軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)心率以及體溫、異常報(bào)警、手機(jī)查看數(shù)據(jù)、更改閾值、報(bào)警等功能。

3.2 健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)程序設(shè)計(jì)

首先單片機(jī)發(fā)出指令由傳感器對(duì)心率信號(hào)或體溫信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)，若獲取到心率或體溫?cái)?shù)據(jù)，判斷是否超出安全范圍，不超出安全范圍時(shí)正常顯示，否則進(jìn)行報(bào)警并重新獲取心率或體溫?cái)?shù)據(jù)，或者沒有獲取心率或心率數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)重新讀取數(shù)據(jù)。

4? 系統(tǒng)分析與調(diào)試

4.1 心率與體溫監(jiān)測(cè)

進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)心率和溫度監(jiān)測(cè)的測(cè)試，當(dāng)心率數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)，見圖3（a）所示。當(dāng)監(jiān)測(cè)體溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)，見圖3（b）所示。

4.2 手機(jī)端查看信息

在手機(jī)上，機(jī)智云平臺(tái)上可以查看心率以及溫度數(shù)據(jù)的測(cè)試，見圖3（c）。

5? 結(jié)語(yǔ)

該文設(shè)計(jì)了以STM32F103C8T6為核心、以MAX30102為心率檢測(cè)模塊、以DS18B20為溫度檢測(cè)模塊的人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以采集人體實(shí)時(shí)的心率和體溫這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)在手機(jī)和顯示屏上會(huì)有相關(guān)文字的通知。當(dāng)心率和溫度超過或低于一定安全范圍時(shí)，會(huì)有緊急報(bào)警功能。并且該系統(tǒng)可以通過手機(jī)查看相關(guān)心率和溫度數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)測(cè)試可以驗(yàn)證該系統(tǒng)適用性強(qiáng)，具有很高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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